СОВРЕМЕННЫЕ ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА

СОВРЕМЕННЫЕ ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА
ЗВУКОВОГО СИГНАЛА В КАНАЛАХ СВЯЗИ И НА ФОНОГРАММАХ
Г.Зубов, С.Коваль
«Центр речевых технологий», Санкт-Петербург
zubov/[email protected]
Записанный или передаваемый с помощью различных технических средств звуковой
сигнал в той или иной степени отличается от исходного, оригинального. В этом мог убедиться
каждый, кому приходилось заниматься видео- звукозаписью, пользоваться телефонной или
радиосвязью. Такое отличие объясняется присутствием в записанном или передаваемом по
каналам связи звуковом сигнале шумов и искажений, а также особенностями нашего слуха.
Когда полезный сигнал оказывается в значительной степени искажен или замаскирован
помехой и отличие исходного звукового сигнала от записанного или прослушиваемого
становится недопустимым, возникает необходимость в проведении его специальной обработки,
которую принято называть шумоочисткой.
Высокая распространенность бытовых и специальных средств звукозаписи и связи, а также
значительное количество старых архивных фонограмм обуславливает большой интерес к
программным и аппаратным средствам шумоочистки.
Не случайно сегодня практически во всех широко распространенных звуковых редакторах
(CoolEdit, WaveLab, DartPro и им подобных) предусмотрен некий «джентльменский» набор не
требующих тонкой настройки средств шумоочистки. Но их эффективность явно недостаточна
для обработки реальных, а не специально подобранных для демонстрации сигналов. И даже
значительная стоимость подобных инструментов шумоочистки не является гарантией их
высоких характеристик.
Конечно, на рынке есть и специализированные, профессиональные средства шумоочистки,
позволяющие получить действительно высокие результаты на сигналах низкого качества, в том
числе, в режиме реального времени. При этом устройства такого рода достаточно дороги и
требуют профессиональных навыков и специальных знаний, не говоря уже о значительных
трудозатратах.
Поэтому как у любителей звукозаписи, так и у профессиональных реставраторов
преобладает скепсис и неверие в возможности современных цифровых технологий обработки
звука, возникающие в результате неумения и нежелания переходить на путь использования
новых технологий.
С сожалением нам пришлось убедиться в том, что в среде реставраторов зачастую
используются недопустимый подход к оценке сигнала: нравится – не нравится; лучше –
хуже, например, «звук после аналогового эквалайзера лучше, чем после цифрового». При
том, что давно существую объективные способы оценки параметров звукового сигнала,
уровня шумов и искажений. Доводилось слышать и такое – «я делаю звук (голос) на
фонограмме максимально похожим на тот, что я слышал двадцать или тридцать лет
назад на концерте этого исполнителя» или и т.п. Совершенно не учитывается тот факт,
что свойства слуха, в особенности его чувствительность к различным частотам
существенно меняется с годами, а в наших архивах работают далеко не молодые люди.
Выход здесь один – использовать в работе аудиореставратора новейшие цифровые
технологии обработки звука, опираясь при этом на объективные параметры сигнала,
которые можно сегодня контролировать с большой точностью. Такие технологии
существуют и их эффективность несопоставимо выше эффективности любого
аналогового устройства. Например, кто-нибудь когда-нибудь видел аналоговый эквалайзер
с 8 тысячами полос и глубиной регулирования 90 дБ, а цифровой – есть; или попробуйте
найти аналоговое устройство, способное компенсировать нелинейные искажения или
подавлять мощные амплитудные выбросы? Конечно же, к выбору цифровой системы
нужно подходить весьма осторожно и предварительно убедиться в ее реальных
возможностях.
Усилиями специалистов Центра Речевых Технологий удалось перевести шумоочистку из
области искусства и субъективных оценок в русло современных технологий, совместить в
одном программном продукте интуитивную прозрачность, высокую эффективность для
неопытного пользователя, и, в то же время, предоставить профессионалу возможность
свободного построения собственных процедур обработки сигнала с детальной, тонкой
настройкой параметров.
«Центр Речевых Технологий» на протяжении последних 10 лет остается признанным
российским лидером и одним из мировых лидеров в разработке, внедрении и практическом
использовании профессиональных средств цифровой записи, анализа и обработки звуковых
(речевых) сигналов. Продукция с маркой ЦРТ-STC (Speech Technology Center) сегодня
используются в Аргентине, Бельгии, Венгрии, Германии, Испании, Италии, США, Финляндии,
во всех государствах СНГ и Балтии, многих других странах.
SoundCleaner - уникальный программный продукт нового поколения средств шумоочистки
и повышения качества звучания «живого» или записанного звукового сигнала, который
воплощает в себе самые современные достижения ученых и многолетний опыт специалистовпрактиков из области аудиореставрации, связи, оперативной звукозаписи, криминалистики.
В 2000 году программа SoundCleaner официально зарегистрирована Российским агентством
по патентам и товарным знакам.
Области применения
 аудиореставрация низкокачественных фонограмм, записанных в сложных
акустических условиях (в т.ч. архивных фонодокументов);
 улучшение качества сигнала в каналах радио и телефонной связи;
 текстовая расшифровка низкокачественных фонограмм речи.
Рис.1
Главное окно программы
В левой части – схема обработки, в правой – окна
модулей.
Каждому модулю соответствует пиктограмма в схеме
обработки.
Возможна как автоматическая так и «ручная»
настройка параметров обработки.
ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА SOUND CLEANER
Универсальность
Для пользователей любого уровня подготовки
Возможность использования автоматического (самонастраивающегося на помеху)
режима фильтрации или задание всех параметров обработки «вручную» с возможностью
их сохранения для повторного использования.
Для любых помех и искажений
SoundCleaner реально помогает в борьбе c абсолютным большинством встречающихся в
повседневной жизни шумов и искажений звука.
Это подтверждается десятками квалифицированных пользователей (например,
специалистов по обработке фонограмм, полицейских и судебных экспертов), для
которых использование SoundCleaner стало обязательной ежедневной практикой с
неизменно положительным результатом.
Типы устраняемых шумов и искажений
Стационарные и медленно меняющиеся аддитивные многокомпонентные
узкополосные (полигармонические) и широкополосные шумы, медленно
меняющиеся амплитудно-частотные искажения (неравномерность АЧХ канала
звукозаписи/звукопередачи), ограничение сигнала, кратковременные импульсные
помехи, сильная неравномерность уровня сигнала.
Аддитивные шумы любого типа при наличии двухканального потока
аудиоинформации.
Пользовательская спецификация
Типовые шумы и искажения каналов звукозаписи, проводной и радиосвязи, шумы
помещений, улицы, работающих механизмов, транспортных средств, бытовой
техники, удаленный голосовой коктейль, медленная музыка, электромагнитные
наводки систем питания, компьютерной и другой техники.
Снижает эффект реверберации, низкокачественных микрофонов и магнитофонов.
При двухканальном съеме информации существенно снижает влияние шумов
любого типа.
Модульность
Программа представляет собой набор автономных модулей работы со звуком,
объединяемых простой и компактной основной оболочкой.
Каждый модуль имеет свою панель управления и обрабатывает звук по собственному
алгоритму, после чего передает его на следующий модуль.
В момент каждого обращения к программе в ней может быть задействовано любое число
модулей, последовательно соединенных в схему обработки.
Количество модулей, используемых в схеме обработки (одновременно), ограничено
только вычислительными возможностями ПК. Всего 19 модулей:
 ввод звука со звуковой карты
 адаптивный фильтр
или из файла;
широкополосного шума;
 цифровой магнитофон с
 адаптивный инверсный
возможность воспроизведения
фильтр;
в «кольце»;
 адаптивный компенсатор
 цифровой осциллограф (моно
помех;
и стерео);
 модуль динамической
 воспроизведение (стерео,
обработки;
псевдостерео, поканальное);
 мю-преобразование;
 запись результатов обработки
 фильтр импульсных помех;
в файл;
 тэмпокоррекция;
 параметрический 8192 адаптивный временной
полосный эквалайзер со
стереокомпенсатор помех;
встроенным
 адаптивный частотный
спектроанализатором,
стереофильтр (режимы
инверсным фильтром,
компенсация помех, удаление
фильтром гармоник и
фоновых шумов, выделение
средствами ограничения
полезного сигнала);
полосы пропускания и
 усилитель;
темброкоррекции;
 разветвитель;
 текстовый редактор.
Сама структура программного пакета позволяет легко наращивать количество
имеющихся в наборе типов фильтров-модулей, что обеспечивает долгую рабочую жизнь
данной программы и возможность оптимального и поэтапного вложения денег в покупку
только нужных модулей и их постоянного обновления.
Только за один год существования программы количество фильтров-модулей удвоилось.
Работа пользователя может протекать в рамках использования одной из готовых схем
обработки звука, настроенных разработчиками для обработки наиболее типичных
зашумленных и искаженных аудио сигналов:
 стандартная;
 сетевая наводка;
 сильные частотные искажения в канале записи;
 помехи радиосвязи;
 контраст громкости;
 шум бытовой техники;
 наводки и шумы в автомобиле;
 медленная музыкальная помеха;
 импульсные помехи и широкополосные шумы;
 тональный сигнал АТС;
 сильное шипение;
 шум воды;
 произвольные шумы (для стереосигнала)
Каждая схема поддается корректировке. Можно, руководствуясь базовыми принципами
шумоочистки, создать собственную схему с «нуля» и сохранить её для повторного
применения.
Работа в масштабе реального времени
Результат обработки сигнала программой SoundCleaner можно не только слышать.
Сигнал (до и после обработки) непрерывно отображаются в виде осциллограммы и
мгновенного спектра Управление процессом осуществляется в масштабе реального
времени: изменять настройки каждого модуля можно в любой момент, не прерывая
воспроизведение, что очень важно для оперативного выбора параметров шумоочистки
«на слух».
Автоматическая настройка на помехи - адаптивность
Большинство используемых в SoundCleaner фильтров являются адаптивными, то есть
самонастраивающимися на максимальное устранение помехи при заданном уровне
сохранности полезного сигнала. Это и обеспечивает высочайшую эффективность работы
программы и простоту его использования.
Работа на стандартном ПК со стандартной звуковой картой
SoundCleaner работает под управлением ОС Windows на стандартном PC (начиная с
Pentium II, Celeron / 64 Мb RAM) со стандартной Windows-совместимой звуковой
картой. Для получения гарантированного высокого качества входного и выходного
сигнала возможна поставка профессиональной звуковой карты STC H189.
Уникальные возможности и основные преимущества перед конкурентной продукцией
SoundCleaner включает в себя ряд уникальных фильтров-модулей (отсутствующих в
таком виде в других средствах шумоочистки), эффективность работы которых находится
на мировом уровне или превышает его.
Для абсолютного большинства известных разработчикам и доступных примеров
шумоочистки сильнозашумленных фонограмм изделиями других фирм результаты
работы SoundCleaner лучше, или, по крайней мере, не хуже.
Вы можете легко это проверить, используя примеры, представленные в Интернете на
сайтах фирм-производителей.
Естественно, SoundCleaner далеко не первый и не единственный программный продукт
«Центра речевых технологий», предназначенный для шумоочистки звуковых сигналов. Для
аудиореставраторов может представлять интерес программный пакет SIS, обладающий
широчайшим набором средств анализа звуковых сигналов. Использование SIS и разработанных
ЦРТ методик позволит существенно расширить круг задач, решаемых в процессе
аудиореставрации. Становится возможным решение таких вопросов, как идентификация
личности исполнителя по его голосу, установление подлинности фонограмм (отсутствие следов
копирования, электронного и цифрового монтажа).
На демонстрационном диске вы можете прослушать фрагменты фонограмм, обработанные
с помощью программных пакетов SoundCleaner и SIS.
Демо-версия программы SoundCleaner находится на нашем сайте www.speechpro.com